สเต็ปเปอร์มอเตอร์

สเต็ปเปอร์มอเตอร์เป็นอุปกรณ์เครื่องกลไฟฟ้าที่แปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนที่เชิงมุมของเพลาแบบไม่ต่อเนื่อง การใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ช่วยให้ส่วนการทำงานของเครื่องจักรสามารถเคลื่อนไหวตามปริมาณที่กำหนดอย่างเคร่งครัดโดยกำหนดตำแหน่งไว้ที่ส่วนท้ายของการเคลื่อนไหว

สเต็ปเปอร์มอเตอร์เป็นแอคชูเอเตอร์ที่ให้การเคลื่อนที่เชิงมุมคงที่ (ขั้นบันได) การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในมุมโรเตอร์คือการตอบสนองของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ต่อพัลส์อินพุต

สเต็ปเปอร์มอเตอร์ไฟฟ้าแบบแยกส่วนถูกรวมเข้ากับอุปกรณ์ควบคุมแบบดิจิทัลอย่างเป็นธรรมชาติ ซึ่งช่วยให้สามารถใช้ในเครื่องตัดโลหะแบบควบคุมแบบดิจิทัล ในหุ่นยนต์อุตสาหกรรมและหุ่นยนต์ควบคุมในกลไกนาฬิกาได้สำเร็จ

นอกจากนี้ยังสามารถใช้ไดรฟ์ไฟฟ้าแบบแยกส่วนได้โดยใช้ซีรีส์ มอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสซึ่งเนื่องจากการควบคุมพิเศษสามารถทำงานในโหมดขั้นตอน

สเต็ปเปอร์มอเตอร์ใช้ในไดรฟ์ไฟฟ้าที่มีกำลังตั้งแต่เศษเสี้ยวของวัตต์ไปจนถึงหลายกิโลวัตต์การขยายสเกลกำลังของไดรฟ์ไฟฟ้าแบบแยกสามารถทำได้โดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสแบบอนุกรม ซึ่งสามารถทำงานในโหมดสเต็ปได้ด้วยการควบคุมที่เหมาะสม

หลักการทำงานของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ทุกประเภทมีดังนี้ ด้วยความช่วยเหลือของสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์จะมีการสร้างพัลส์แรงดันไฟฟ้าซึ่งป้อนไปยังคอยล์ควบคุมที่อยู่บนสเตเตอร์ของสเต็ปเปอร์มอเตอร์

ขึ้นอยู่กับลำดับของการกระตุ้นของคอยล์ควบคุม การเปลี่ยนแปลงอย่างใดอย่างหนึ่งหรืออย่างอื่นที่ไม่ต่อเนื่องในสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นในช่องว่างการทำงานของมอเตอร์ ด้วยการกระจัดเชิงมุมของแกนสนามแม่เหล็กของคอยล์ควบคุมของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ โรเตอร์ของมันจะหมุนแยกตามสนามแม่เหล็ก กฎการหมุนของโรเตอร์ถูกกำหนดโดยลำดับ รอบการทำงาน และความถี่ของพัลส์ควบคุม ตลอดจนประเภทและพารามิเตอร์การออกแบบของสเต็ปเปอร์มอเตอร์

หลักการทำงานของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ (ได้รับการเคลื่อนที่แบบไม่ต่อเนื่องของโรเตอร์) จะพิจารณาโดยใช้ตัวอย่างวงจรที่ง่ายที่สุดของสเต็ปเปอร์มอเตอร์แบบสองเฟส (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. แผนภาพอย่างง่ายของสเต็ปเปอร์มอเตอร์พร้อมโรเตอร์ที่ใช้งานอยู่

สเต็ปเปอร์มอเตอร์มีขั้วสเตเตอร์ที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนสองคู่ซึ่งมีขดลวดกระตุ้น (ควบคุม) ตั้งอยู่: ขดลวด 3 พร้อมขั้วต่อ 1H — 1K และขดลวด 2 พร้อมขั้วต่อ 2H — 2K แต่ละขดลวดประกอบด้วยสองส่วนที่อยู่ที่ขั้วตรงข้ามของสเตเตอร์ 1 SM

โรเตอร์ในรูปแบบที่พิจารณาคือแม่เหล็กถาวรสองขั้วคอยล์นั้นใช้พลังงานจากพัลส์จากอุปกรณ์ควบคุมที่แปลงลำดับพัลส์ควบคุมอินพุตช่องเดียวเป็นหลายช่องสัญญาณหนึ่ง (ตามจำนวนเฟสของสเต็ปเปอร์มอเตอร์)

พิจารณาการทำงานของสเต็ปเปอร์มอเตอร์โดยสมมติว่าในช่วงเวลาเริ่มต้นแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับขดลวด 3 กระแสในขดลวดนี้จะดึงดูดขั้วที่อยู่ในแนวตั้ง N และ 8 อันเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของสนามแม่เหล็กกับแม่เหล็กถาวร แม่เหล็กของโรเตอร์ ส่วนหลังจะอยู่ในตำแหน่งสมดุลซึ่งแกนของสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์และโรเตอร์เหมือนกัน

ตำแหน่งจะคงที่เนื่องจากมีโมเมนต์ซิงโครไนซ์ที่กระทำต่อโรเตอร์ซึ่งมีแนวโน้มที่จะทำให้โรเตอร์กลับสู่ตำแหน่งสมดุล: M = Mสูงสุด x sinα

โดยที่ M.max คือโมเมนต์สูงสุด α คือมุมระหว่างแกนของสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์และโรเตอร์

เมื่อชุดควบคุมเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าจากคอยล์ 3 เป็นคอยล์ 2 สนามแม่เหล็กที่มีขั้วแนวนอนจะถูกสร้างขึ้น เช่น สนามแม่เหล็กของสเตเตอร์ทำให้การหมุนไม่ต่อเนื่องกับหนึ่งในสี่ของเส้นรอบวงของสเตเตอร์ ในกรณีนี้ มุมของความแตกต่างระหว่างแกนของสเตเตอร์และโรเตอร์ α = 90° จะปรากฏขึ้น และแรงบิดสูงสุด Mmax จะกระทำกับโรเตอร์ โรเตอร์จะหมุนเป็นมุม α = 90° และเข้ารับตำแหน่งใหม่ที่มั่นคง ดังนั้น หลังจากการเคลื่อนที่แบบสเต็ปของสนามสเตเตอร์ โรเตอร์ของมอเตอร์จะเคลื่อนที่แบบขั้นบันได

โหมดการทำงานหลักของสเต็ปเปอร์มอเตอร์เป็นแบบไดนามิก สเต็ปเปอร์มอเตอร์ไม่เหมือนกับมอเตอร์แบบซิงโครนัสตรงที่ออกแบบมาเพื่อเข้าสู่การซิงโครไนซ์จากหยุดนิ่งและบังคับเบรกด้วยไฟฟ้าด้วยเหตุนี้ สเต็ปเปอร์ไดรฟ์ไฟฟ้าจึงสามารถเริ่มต้น หยุด ย้อนกลับ และเปลี่ยนจากพัลส์ควบคุมความถี่หนึ่งไปยังอีกความถี่หนึ่งได้

สเต็ปเปอร์มอเตอร์เริ่มต้นโดยการเพิ่มความถี่ของสัญญาณอินพุตอย่างกะทันหันหรือค่อยเป็นค่อยไปจากศูนย์เป็นสัญญาณการทำงาน การหยุดคือการลดศูนย์ และการย้อนกลับคือการเปลี่ยนลำดับการสลับของขดลวดของสเต็ปเปอร์มอเตอร์

สเต็ปเปอร์มอเตอร์มีลักษณะตามพารามิเตอร์ต่อไปนี้: จำนวนเฟส (คอยล์ควบคุม) และรูปแบบการเชื่อมต่อ ประเภทของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ (พร้อมโรเตอร์แบบแอคทีฟหรือพาสซีฟ) สเต็ปโรเตอร์เดี่ยว (มุมของการหมุนของโรเตอร์ด้วยพัลส์เดียว ), แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟที่กำหนด, ช่วงเวลาคงที่สูงสุด, แรงบิดที่กำหนด, โมเมนต์ความเฉื่อยของโรเตอร์, ความถี่การเร่งความเร็ว

สเต็ปเปอร์มอเตอร์เป็นแบบเฟสเดียว สองเฟส และหลายเฟส โดยมีโรเตอร์แบบแอคทีฟหรือแบบพาสซีฟ สเต็ปเปอร์มอเตอร์ถูกควบคุมโดยชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างของรูปแบบการควบคุมสเต็ปเปอร์มอเตอร์แสดงในรูปที่ 2

ข้าว. 2. แผนภาพการทำงานของไดรฟ์ไฟฟ้าแบบสเต็ปเปอร์มอเตอร์วงเปิด

สัญญาณควบคุมในรูปแบบของพัลส์แรงดันไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังอินพุตของบล็อก 1 ซึ่งจะแปลงลำดับของพัลส์ เช่น เป็นระบบสี่เฟสของพัลส์ยูนิโพลาร์ (ตามจำนวนเฟสของสเต็ปเปอร์มอเตอร์) .

บล็อก 2 สร้างพัลส์เหล่านี้ตามระยะเวลาและแอมพลิจูดที่จำเป็นสำหรับการทำงานปกติของสวิตช์ 3 ไปยังเอาต์พุตที่ต่อขดลวดของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ 4 สวิตช์และบล็อกอื่น ๆ ได้รับพลังงานจากแหล่งจ่ายกระแสตรง 5.

ด้วยข้อกำหนดที่เพิ่มขึ้นสำหรับคุณภาพของไดรฟ์แบบแยกจึงใช้วงจรปิดของไดรฟ์ไฟฟ้าสเต็ปเปอร์ (รูปที่ 3) ซึ่งนอกเหนือจากสเต็ปเปอร์มอเตอร์แล้วยังมีตัวแปลง P, คอมมิวเตเตอร์ K และเซ็นเซอร์สเต็ป DSh ในไดรฟ์แบบแยกส่วนข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งที่แท้จริงของเพลาของกลไกการทำงาน RM และความเร็วของสเต็ปเปอร์มอเตอร์จะถูกป้อนเข้ากับอินพุตของตัวควบคุมอัตโนมัติซึ่งกำหนดลักษณะการเคลื่อนที่ของไดรฟ์

ข้าว. 3. แผนภาพการทำงานของไดรฟ์แยกวงปิด

ระบบขับเคลื่อนแบบแยกส่วนสมัยใหม่ใช้การควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ ช่วงของการใช้งานสำหรับไดรฟ์สเต็ปเปอร์มอเตอร์มีการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง การใช้งานมีแนวโน้มดีในเครื่องเชื่อม, อุปกรณ์ซิงโครไนซ์, เทปและกลไกการบันทึก, ระบบควบคุมการจ่ายเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน

ข้อดีของสเต็ปเปอร์มอเตอร์:

• ความแม่นยำสูง แม้จะมีโครงสร้างแบบ open-loop เช่น ไม่มีเซ็นเซอร์มุมบังคับเลี้ยว

• การผสานรวมกับแอปพลิเคชันการจัดการดิจิทัล

• การขาดสวิตช์เชิงกลที่มักก่อให้เกิดปัญหากับเครื่องยนต์ประเภทอื่น

ข้อเสียของสเต็ปเปอร์มอเตอร์:

• แรงบิดต่ำ แต่เมื่อเทียบกับมอเตอร์ขับเคลื่อนต่อเนื่อง

• ความเร็วจำกัด

• การสั่นสะเทือนในระดับสูงเนื่องจากการเคลื่อนไหวกระตุก

• ข้อผิดพลาดและการสั่นขนาดใหญ่ที่มีการสูญเสียพัลส์ในระบบวงเปิด

ข้อดีของสเต็ปเปอร์มอเตอร์มีมากกว่าข้อเสีย ดังนั้นจึงมักใช้ในกรณีที่อุปกรณ์ขับเคลื่อนมีกำลังเพียงเล็กน้อยเพียงพอ

บทความนี้ใช้วัสดุจากหนังสือ Daineko V.A. , Kovalinsky A.I. อุปกรณ์ไฟฟ้าของกิจการเกษตร.